Nous devons parler de l'âge des ténèbres. Non, pas ces âges sombres après la chute de l'Empire romain d'Occident. Les âges sombres cosmologiques. Le temps dans notre univers, il y a des milliards d'années, avant la formation des premières étoiles. Et nous devons parler de l'aube cosmique :la naissance de ces premières étoiles, une époque tumultueuse qui a complètement remodelé le visage du cosmos dans sa forme moderne.

Ces premières étoiles peuvent avoir été complètement différentes de tout ce que nous voyons dans l'univers actuel. Et nous pouvons, si nous avons de la chance, être sur le point de les voir pour la première fois.

Les premiers trous noirs

Nous devons d'abord mettre en place un petit mystère.

Nous savons tous maintenant comment les trous noirs se forment. Une étoile géante, quelque part au nord de huit fois la masse de notre soleil, vit sa vie brève mais prévisible, fusion de l'hydrogène en hélium. Ensuite, il manque d'hydrogène et commence à fusionner de l'hélium. Ensuite, il manque d'hélium et commence à brûler des choses plus lourdes, remonter le tableau périodique jusqu'à ce qu'il atteigne le fer. La fusion du fer aspire de l'énergie au lieu de libérer de l'énergie, et ainsi rien ne peut arrêter le terrible effondrement gravitationnel de l'étoile. Tout se réduit dans un tout petit volume, et maintenant vous avez un trou noir.

Au fil du temps, ce trou noir peut rencontrer et consommer d'autres trous noirs, ou simplement téter la matière interstellaire environnante, de plus en plus costaud. Avec assez de temps et assez de nourriture, le trou noir peut gonfler pour devenir un géant – un géant supermassif. Ces créatures se cachent au cœur des galaxies, et fait facilement pencher la balance à un million de fois et plus la masse de notre soleil.

De nouveaux matériaux continuent de tomber - ce n'est pas parce que le trou noir est gigantesque que sa faim est rassasiée - et alors que le gaz tombe dans la gueule béante du trou noir, il se comprime et chauffe, brille plus que la valeur d'étoiles d'une galaxie. Cet objet porte plusieurs noms – quasar, blazar, noyau galactique actif – mais ils signifient tous la même chose :un trou noir géant se nourrit.

C'est bien beau et un peu terrifiant, mais voici un problème. Nous voyons des quasars dans l'univers très lointain, ce qui signifie que nous voyons des quasars dans le très jeune univers, quand il n'avait même pas un milliard d'années (oui, c'est jeune pour un univers). Et le processus que je viens de décrire ci-dessus (former de grandes étoiles, les laisser vivre et mourir, créer un trou noir, le laisser se nourrir dans des proportions gargantuesques) prend beaucoup plus de temps qu'un milliard d'années.

Comment notre univers a-t-il produit si rapidement des trous noirs monstres ?

Fossiles d'un âge antique

Si l'étoile habituelle -> trou noir-> la route des quasars ne semble pas fonctionner dans l'univers primitif, il est temps d'envisager des alternatives. Raccourcis. Des voies plus rapides pour créer les grands trous noirs que nos observations exigent existent. Et le moyen le plus rapide de créer un trou noir supermassif est de commencer par une étoile supermassive.

Comment supermassif ? Que diriez-vous de 100, 000 masses solaires, est-ce assez grand pour vous ?

De telles étoiles n'existent tout simplement pas dans l'univers d'aujourd'hui. Si vous essayez de mettre tout ça dans un volume suffisamment compact pour en faire une star, les interactions et les instabilités le fragmenteront comme autant de pâte à biscuits émiettée dans vos mains, formant beaucoup d'étoiles normales au lieu d'un seul monstre. C'est pourquoi nous pensons que les étoiles de plus de 100 masses solaires sont, tant que c'est possible, extrêmement rare aujourd'hui.

Mais l'ère de l'Aube Cosmique était une autre époque. Pour un, aucun élément lourd n'existait encore – les forges nucléaires n'avaient pas fonctionné assez longtemps pour polluer les voies navigables interstellaires. Le rayonnement de ces éléments supplémentaires est un excellent moyen de refroidir un nuage de gaz et de déclencher sa fragmentation en morceaux plus petits. Seconde, le jeune cosmos a été inondé de rayonnement ultraviolet à haute énergie provenant de la naissance soudaine d'un autre, étoiles plus petites. Ce rayonnement brise l'hydrogène moléculaire, une autre voie clé pour refroidir et fragmenter un nuage de gaz géant.

Alors encore une fois rare, les conditions ont peut-être été parfaites à la fin des âges sombres cosmiques pour former des étoiles géantes et même supergéantes :suffisamment de matière aurait pu couler dans un volume suffisamment petit sans se séparer, donner naissance à une énorme étoile.

Ces étoiles géantes auraient eu des vies courtes et se seraient effondrées directement pour former de grands trous noirs, raccourcir la route habituelle pour fabriquer des quasars.

L'aube cosmique se lève

Cela semble être une excellente idée, mais en science, les grandes idées doivent être confrontées à l'évidence avant que nous puissions commencer à y croire. Dans ce cas, il serait assez pratique d'avoir une photo de l'une de ces étoiles gargantuesques avant qu'elles ne se transforment en trous noirs puis en quasars.

C'est dur, bien que, parce que l'âge où ces étoiles ont vécu et sont morts est loin de nous. Et ces étoiles, alors qu'il est encore géant selon les normes stellaires, étaient très très petits, les rendant encore plus difficiles à repérer à ces distances extrêmes.

Mais pour une fois, nous pourrions avoir un coup de chance. Des simulations récentes de ces étoiles étranges révèlent qu'elles sont étonnamment cool, ayant une température de surface quelque part entre 6, 000-8000 Kelvin, donnant à leurs surfaces une lueur rouge intense. Et en raison de leur volume incroyable, ils sont très lumineux, éclatant de lumière à une intensité de dix milliards de soleils. Cette combinaison de luminosité pure et de rougeur profonde signifie qu'ils sont potentiellement visibles dans les longueurs d'onde infrarouges pour certaines missions à venir.

Des missions comme le télescope spatial James Webb, un instrument spécialement conçu pour partir à la chasse aux premières étoiles. Si des étoiles supergéantes existaient à ces époques révolues, et si certains d'entre eux ont eu la chance de survivre à l'époque où leurs frères commençaient déjà à se transformer en trous noirs monstrueux, en les mettant juste un peu plus près, il y a une chance que nous puissions directement prendre leur photo.

Quel spectacle ce serait.